Гетерогенные биокаталитические процессы низкотемпературного синтеза сложных эфиров: выбор органического растворителя

Проведены исследования процессов низкотемпературного ферментативного синтеза сложных эфиров в неводных средах органических растворителей с участием гетерогенных биокатализаторов, приготовленных путем адсорбционной иммобилизации рекомбинантной липазы из Thermomyces lanuginosus (продуцент Pichia pastoris) на макропористом углеродном аэрогеле. Для проведения реакции этерификации использовали индивидуальные органические растворители, различающиеся полярностью, такие как неполярные (lоgP > 2,5): гексадекан, гексан и толуол, и полярные (lоgP < 1): диэтиловый эфир, трет-бутанол и ацетон, а также их бинарные смеси различного состава, например гексана с диэтиловым эфиром состава 1 : (1/5÷3, об.ч.). Были проведены сравнительные исследования влияния природы растворителя и сорастворителя на свойства приготовленных биокатализаторов, такие как ферментативная активность и операционная стабильность, в периодическом процессе этерификации гептановой кислоты (С7:0) спиртами, такими как полярные субстраты – этанол и н-бутанол, а также неполярные спирты – н-октанол и н-гексадеканол. Было обнаружено, что активность приготовленных биокатализаторов в значительной мере зависела как от полярности используемых для реакции растворителей, так и спиртов-субстратов. Максимальное значение активности, равное 400 ЕА·г–1, наблюдалось в среде неполярного и невязкого гексана (lоgP = 2,9), минимальное, 4 ЕА·г–1, – в ацетоне (lоgP = 0,4); этерификация гептановой кислоты в присутствии трет-бутанола (lоgP = 0,6) практически не протекала. Было обнаружено, что активность биокатализаторов немонотонно зависит от величины lоgP индивидуального растворителя. В бинарных смесях органических растворителей, таких как гексан/диэтиловый эфир, биокаталитическая активность линейно возрастала с увеличением lоgPсмеси, кроме того биокатализаторы обладали максимальной операционной стабильностью.

1. Войткевич С.А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. М.: Пищевая промышленность, 1994. 594 с.

2. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Ле Туань Ань. Основы органической химии душистых веществ для прикладной эстетики и ароматерапии. М.: Академкнига, 2006. 240 с.

3. Almeida de R.M., Souza F.T.C., Junior M.A.C., Albuquerque N.J.A., Meneghetti S.M.P., Meneghetti M.R. // Catalysis Comm. 2014. Vol. 46. P. 179—182.

4. Chang S.W., Shaw J.F. // New Biotechnol. 2009. Vol. 26. No. 3/4. P. 109—116.

5. Stergiou P.Y., Foukis A., Filippou M., Koukouritaki M., Parapouli M., Theodorou L.G., Hatziloukas E., Afendra A., Pandey A., Papamichael E.M. // Biotechnol. Adv. 2013. Vol. 31. P. 1846—1859.

6. Gumel A.M., Annuar M.S.M., Heidelberg T., Chisti Y. // Process Biochem. 2011. Vol. 46. P. 2079—2090.

7. Sun J., Lee L.W.W., Liu S. Q. // Aust. J. Chem. 2014. Vol. 67. P. 1373—1381.

8. Villeneuve P. // Biotechnol. Adv. 2007. Vol. 25. P. 515—536.

9. Безбородов А.М., Загустина Н.А. // Прикл. биохим. микробиол. 2014. Т. 50. № 4. С. 347—373.

10. Nguyen P.C., Nguyen M.T.T., Lee C.-K., Oh I.-N., Kim J.-H., Hong S.-T., Park J.-T. // Carbohydrate Polymers. 2019. Vol. 218. P. 126—135.

11. Janssen A.E.M., Sjursnes B..J., Vakurov A.V.U,. Halling P.J. // Enzyme Microb. Technol. 1999. Vol. 24. P. 463—470.

12. Laane C., Boeren S., Vos R., Veeger C. // Biotechnol. Bioeng. 1987. Vol. 30. P. 81—87.

13. Su E., Wei D. // J. Mol. Catal. B: Enzym. 2008. Vol. 55. P. 118— 125. doi: 10.1016/j.molcatb.2008.03.001.

14. Гамаюрова В.С., Зиновьева М.Е., Елизарова Е.В. // Катализ в промышленности. 2008. № 3. С. 54—58.

15. Гамаюрова В.С., Зиновьева М.Е., Калачев Н.В., Шнайдер К.Л. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15. № 2. С. 73—78.

16. Гамаюрова В.С., Шнайдер К.Л., Джамай М.Д.Д. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 3. С. 64—68.

17. Abildskov J., van Leeuwen M.B., Boeriu C.G., van den Broek L.A.M. // J. Mol. Catal. B: Enzym. 2013. Vol. 85— 86. P. 200—213. doi.org/10.1016/j.molcatb.2012.09.012.

18. Stamatis H., Xenakis A., Provelegiou M., Kolisis F.N. // Biotechnol. Bioeng. 1993. Vol. 42. P. 103—110.

19. Gandhi N.N., Mukherjee K.D. // J. American Oil Chem. Soc. 2001. Vol. 78. P. 161—165.

20. Arsan J., Parkin K.L. // Biotechnol. Bioeng. 2000. Vol. 69. P. 222—226.

21. Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б., Мамаев А.Л., Патрушев Ю.В. // Катализ в промышленности. 2017. Т. 17. № 5. С. 399—406. (Catalysis in Industry. 2018. V. 10. No 1. P. 68—74.)

22. Kovalenko G.A., Perminova L.V., Beklemishev A.B. // Reac. Kinet. Mech. Cat. 2019. Vol. 128. P. 479—491. DOI: 10.1007/s11144-019-01648-z.

23. Kovalenko G.A., Perminova L.V., Krasnikov D.V., Kuznetsov V.L. // J. Porous Mater. 2018. Vol. 25. P. 1017—1026. DOI: 10.1007/s10934-017-0512-0.

24. Bearden J.C., Jr. // Biochim. Biophys. Acta. 1978. Vol. 533. P. 525—529.

25. Viswanadham V.N., Ghose A.K., Revankar G.N., Robins R.K. // J. Chem. Inf. Comput.Sci. 1989. Vol. 29. P. 163—171.

26. Cea M., González M. E., Abarzúa M., Navia R. // J. Environ. Management. 2019. Vol. 242. P. 171—177.

27. Yadav M.G., Vadgama R.N., Kavadia M.R., Odaneth A.A., Lali A.M. // Biotechnol. Reports. 2019. Vol. 23. art. no. E00353.

28. Sá A.G.A., de Meneses A.C., Lerin L.A., de Araújo P.H.H., Sayer C., de Oliveira D. // Bioprocess Biosystems Eng. 2018. Vol. 41. P. 585—591.